响应面法优化藻菌共生体系深度处理畜禽养殖废水工艺研究

为优化微藻-细菌共生体系对畜禽养殖废水中碳氮磷去除的参数条件,利用响应面分析法(Response surface methodology,RSM)中的Box-Behnken中心组合设计(BBC),以接种比例、曝气量以及初始氨氮浓度为试验变量,以污染物去除率为响应值开展试验。响应面分析结果表明,对于COD去除的最佳条件为:活性污泥与微藻接种比例为6.0(m/m)、曝气量2.0 L·min^-1、初始氨氮浓度750 mg·L^-1,此时COD去除率达92%以上。对于总氮(Total nitrogen,TN)的去除,当接种比例5.0(m/m)、曝气量1.5 L·min^-1、初始氨氮浓度750 mg·L^-1时,其去除率可达最大值(53%)。而对于磷酸盐的去除,当接种比例6.0(m/m)、曝气量1.5 L·min^-1、初始氨氮浓度600 mg·L^-1时,试验前96 h内便可达到100%的去除率。进一步对生物量检测发现,初始条件分别为曝气量1.5 L·min^-1、初始氨氮浓度900 mg·L^-1、接种比例4.0(m/m)或曝气量1.0 L·min^-1、初始氨氮浓度750 mg·L^-1、接种比例4.0(m/m)时,微藻生物量产量最高,可达到1.63~1.64 g·L^-1。研究表明,通过响应面法可以优化藻菌共生体系对畜禽养殖废水的处理工艺。对于不同的目标污染物,具有不同的最优参数组合。综合考虑各因素对各目标污染物去除效果的影响,可以选择废水处理工艺最优参数组合。通过回收在废水处理过程中生长的藻菌共生体用于后续生物质利用,可实现良好的经济价值,提高该工艺在污水深度处理中的应用前景。

EPS组分对藻菌共生体在畜禽养殖废水处理中膜污染的影响

微生物分泌的胞外聚合物(EPS)组分对膜污染的影响十分复杂,为进一步探究EPS组分对藻菌共生体在畜禽养殖废水处理中膜污染的影响机制,对藻菌共生体在畜禽养殖废水中产生的EPS进行拆分,主要分成4种组分:溶解性微生物产物(SMP)、松散附着性胞外有机物(LB-EPS)、紧密附着性胞外有机物(TB-EPS)和提取EPS后的微生物絮体残渣(MFR).研究不同的EPS组分对膜污染的影响。实验结果表明,SMP造成的膜污染最严重,其次是MFR.线性拟合结果表明,SMP和LB-EPS主要以标准堵塞为主,MFR以滤饼层堵塞和中间堵塞为主,而TB-EPS则是由4种堵塞模型共同作用,更为复杂.污染物成分分析结果显示,造成膜污染的主要有机物是多糖和蛋白质类物质.

固定化藻菌共生体处理畜禽养殖废水效果优化

针对固定化藻菌共生体处理畜禽养殖废水中废水处理效果及微生物生长量等问题。在实际废水中,拟通过正交试验和多指标全概率分析法,研究固定化参数对固定化小球强度、微生物生长情况、碳氮磷去除效果的影响,优化固定化参数;并通过实验对比,探究固定化对藻菌共生体的影响。结果表明:海藻酸钠浓度为4%、氯化钙浓度为1%、固定化时间为12 h时是最适合畜禽养殖废水的固定化参数;固定化藻菌体系明显拥有更高的生物量,固定化藻菌体系的COD、TN、TP去除率分别为92.63%,53.04%,91.58%,除COD去除率略低于悬浮性体系外,其他项目较悬浮性藻菌体系均有明显优势。该结果可为固定化藻菌共生体在畜禽养殖废水处理中的应用提供一定参考。

不同填料吸附固定化藻菌共生体在畜禽养殖废水处理中的效果对比

为提升藻菌共生体系对畜禽养殖废水的脱氮除磷效果,搭建曝气管式光生物反应器,与藻菌吸附固定化技术相结合,通过投加3种不同填料和无填料的悬浮藻菌体系对比,选取在曝气条件下适合处理高氮磷浓度废水的固定化填料。实验表明,聚氨酯海绵(PF)填料吸附固定化藻菌生物量干重0.3354 g·g^(-1),辫式纤维填料0.3732 g·g^(-1),高密度聚乙烯K1填料0.0135 g·g^(-1)。填料能促进藻菌共生,增大絮体粒径。在初始COD浓度1836 mg·L^(-1),NH_(4)^(+)-N初始浓度524 mg·L^(-1),TP浓度30 mg·L^(-1)的模拟畜禽养殖废水中,采用聚氨酯海绵填料的藻菌吸附固定化系统对NH_(4)^(+)-N去除率达到99.81%、TN去除率58.37%,TP去除率71.7%;辫式纤维填料NH_(4)^(+)-N去除率85.87%、TN去除率59.10%,TP去除率70.74%;高密度聚乙烯K1填料NH_(4)^(+)-N去除率94.68%、TN去除率38.06%,TP去除率59.21%。综合污染物去除效果,在处理高氮磷浓度的养殖废水中,采用PF填料是最佳的选择。

活性炭与混凝剂预处理不同废水的效果对比

膜污染是制约纳滤技术在废水处理和回用应用的主要问题。吸附法和混凝法是废水预处理的常用方法,可以有效降低污水的浊度和色度物质,保障后续膜工艺的稳定运行。但由于不同类型废水中污染物含量和组成特点各不相同,对活性炭吸附或混凝处理的性能和效率有显著的影响,需要针对性的筛选和优化来选取合适的预处理工艺参数条件。本研究采用4种活性炭(A-D型)和4种混凝剂(FeCl3,Al2(SO4)3,PACla和PAClb)对城市污水、制药废水和纺织废水的预处理效率进行优化。结果表明,B型投加量为30 g·L-1对城市污水处理效率最高,对制药废水D型投加量为20 g·L-1是更可取的,针对纺织废水D型投加量为30 g·L-1时是最合适的选择。混凝预处理方法下,城市污水和纺织废水使用0.5 mmol·L-1的PACla效果最佳,而制药废水则是投加0.5 mmol·L-1的FeCl3效果更好。通过对优化后的吸附剂和混凝剂预处理效果的比较,表明采用吸附剂和混凝剂相结合的方法可以获得最佳的预处理效果,且成本更经济合理。

光催化剂表面修饰陶瓷超滤膜的抗污染性能

为解决陶瓷膜在废水处理应用中的膜污染问题,本研究使用自制的光催化剂负载型黏土材料进行了膜表面改性,通过对改性膜膜组件在甲基橙模拟有机废水过滤中膜通量衰减情况、出水水质变化和膜面形态结构变化的对比分析,探究改性陶瓷膜的抗污染性能。结果显示:用于膜修饰的涂布液的最佳参数是在PVA浓度为4%,TCM固含量为1%,pH值调整为3.00的条件下,选择直接浸涂法作为修饰方法。以未改性膜作对比,将改性膜用于合成纺织废水的处理。结果表明:改性膜在不同污染物浓度下均具有较好的性能。改性膜在膜污染控制和有机污染物去除率方面取得了显著改善,这表明其具有较长的稳定运行时间和使用寿命。SEM图像进一步证明了以下结论:改性膜上的涂层增强了吸收和光降解的能力,从而导致改性膜性能更好。

基于平行因子分析的藻菌共生膜污染机制研究

基于不同藻菌共生体系(微藻真菌、微藻细菌)处理畜禽养殖废水,采用死端过滤的超滤杯实验测试不同体系(A.纯微藻体系;B.微藻真菌体系;C.微藻细菌体系)混合液在超滤过滤中的污染状况,研究膜污染形成机制.实验结果表明,B、C组的通量衰减速度明显低于A组,A组膜污染模型以标准堵塞和滤饼层为主,而B、C组膜污染与标准堵塞、中间堵塞和滤饼层模型均有很高的拟合度.A组混合液粒径在1~30μm范围内比B和C组占比更多,在30~1000μm范围分布较少,导致膜孔堵塞更快,形成的滤饼层更为紧密,膜污染更严重.膜清洗液EEMs PARAFAC结果表明,膜面有机污染物主要为色氨酸和酪氨酸类蛋白质.B和C组藻菌共生作用大大减少了EPS类物质的产量,尤其是色氨酸类蛋白质,从而减轻了膜污染状况.

藻菌体系胞外聚合物对超滤膜污染影响机制研究

通过对比微藻、活性污泥、微藻-活性污泥(藻菌)体系中微生物分泌的胞外聚合物(EPS)组分和含量,并将EPS拆分成溶解性微生物产物(SMP)、松散结合型胞外聚合物(LB-EPS)、紧密结合型胞外聚合物(TB-EPS)和微生物絮体(MFR)4个部分,考察各组分对膜污染形成的影响和贡献.模型拟合结果发现,微藻组中EPS组分与完全堵塞、标准模型和中间堵塞拟合度高,而活性污泥和微藻-活性污泥体系EPS组分则与标准堵塞、中间堵塞和滤饼层模型拟合度高.在各EPS组分中,SMP对膜污染贡献最大.对膜污染物成分进行分析发现,蛋白质和多糖类物质是造成膜污染的主要有机物成分,其中疏水性蛋白质占比最大.此外,微藻-活性污泥体系中藻菌共生作用减少了TB-EPS类物质中色氨酸、腐殖质和多糖类物质的产量,有利于膜污染的缓解.

藻菌固定化在畜禽养殖废水深度处理中的参数优化

以模拟废水为研究对象,基于藻菌包埋固定化在畜禽养殖废水处理中的处理效果和微生物生长情况,来优化藻菌固定化小球的制备条件和试验参数。以固定化小球强度、微生物生长情况、污染物去除效果为考察指标,通过正交试验,采用多指标全概率分析法和SPSS软件分析,确定藻菌固定化的优选参数组合:海藻酸钠(SA)、氯化钙(CaCl_(2))浓度及固定化时间。然后,运用Design-Expert 10软件设计响应曲面实验,对相关实验参数做进一步优化。实验结果表明:正交实验得到的一组优选参数为SA浓度3%、CaCl_(2)浓度1%、固定化时间12 h;最终通过响应曲面法进一步优化得到最优参数为SA浓度4%、CaCl_(2)浓度0.5%、固定化时间6 h,在此最优参数条件下固定化小球强度、微藻生长速率、TN去除率分别达到-13.58%、 0.193、 89.55%。

电场预处理强化微藻处理猪场废水的效果优化研究

近年来,基于微藻的废水处理技术受到越来越多的关注,但猪场废水所具有的高色、高浊、高盐等水质特点限制了微藻的处理效果和生长情况.为解决该问题,本研究考虑采用电场处理技术与微藻废水处理相结合的思路,对猪场废水厌氧消化出水进行深度处理.先比较4种不同阳极材料(石墨、铝、不锈钢、钛)的废水预处理效果,再进一步考察各组电场预处理对后续微藻废水处理效果和生长情况的影响.结果表明:不锈钢组和铝组对色度和浊度均表现出了较好的去除效果(92.44%和83.72%;99.83%和99.74%).此外,经电场预处理后的微藻废水处理效果和生长情况均有明显的提升,其中不锈钢组和铝组最终生物量分别达到2.22、1.89 g·L^(-1),远高于对照的原水组.而不锈钢组和铝组中的叶绿素a含量浓度分别增至接种时的11.48倍和9.89倍.这说明将电场预处理与微藻废水处理相结合,可以有效提高污染物去除效果,同时获得更大的有价生物质资源的产量,实现更好的技术经济性和可行性,为该工艺的推广应用提供理论基础和技术支撑.